Schulcurriculum SII
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Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II Einführungsphase: Cytologie und Physiologie – Zelle, Gewebe, Organismus Fachinhalte 1. Zelle – Gewebe – Organismus • • • • • • Pflanzliche und tierische Zellen im Lichtmikroskop (Zwiebelhaut, Wasserpest, Mundschleimhaut ...) Aufbau eines Lichtmikroskops Zeichnen mikroskopischer Objekte Gestalt und Größen von Zellen Zellkern, Zellzyklus, Mitosestadien funktionsbezogene Zell- und Gewebedifferenzierung mit ökologischen und evolutionsbiologischen Bezügen 2. Molekulare Grundlagen, Kompartimentierung, Transport • • • • • • Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Bau und Inhaltsstoffen der Zelle Elektronenmikroskopisches Bild der Zelle: Organellen, Kompartimentierung Bau und Funktion von Biomembranen Diffusion und Osmose Transport an Membranen (Tunnelproteine, Carrier, Cytose) Aufbau des Zellkerns 3. Biokatalyse • • • Molekularer Bau und Wirkungsweise von Enzymen Abhängigkeit der Enzymaktivität von Umgebungsfaktoren Reaktionsgeschwindigkeit, Regulation und Einflüsse der Enzymaktivität 4. Nutzung der Lichtenergie zum Stoffaufbau • Bedeutung der Fotosynthese Lernen im Kontext Methoden und Kompetenzen z.B. Medizinisch-technische Berufe Lichtmikroskop als optisches Instrument: Bestandteile, Strahlengang, Vergrößerung, Auflösung ( Ph) z.B. Arbeiten im biologischen Labor Anfertigen und Zeichnen mikroskopischer Präparate Zellmodelle Vergleichende Untersuchung verschiedener Gewebe und Organe z.B. Dialyse z.B. Mukoviszidose Versuch Plasmolyse und Deplasmolyse z.B. Wirkungsweise von Arzneimitteln ( Orlistat, Ch) Modelle der Enzymwirkung und Enzymregulation z.B. Nachwachsende Rohstoffe zur Energieversorgung, z.B.: Lichtmikroskop: Blattquerschnitte (Sonnen- und 1 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II • • • Fotosynthesefaktoren Reaktionsorte und Ablauf der Fotosynthese Zusammenhang Fotosyntheseleistung – Standort z.B. Klimawandel, „Biodiesel“ Schattenblatt) Experimente zur Abhängigkeit der FS von Außenfaktoren Chromatographie der Blattfarbstoffe (Grundlegende stoffwechselphysiologische Mechanismen werden am Beispiel der Fotosynthese behandelt!) Erstellen von Bilanzen 5. Betriebsstoffwechsel und Energieumsatz • • • Aerober Abbau von Glucose – Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette Anaerober Abbau von Glucose – Gärungen Zusammenhang Atmung – Kreislauf – Bewegung z.B. Herstellung und kulturelle Bedeutung von Bier und Wein Erstellen von Bilanzen z.B. aerobe und anaerobe Vorgänge bei der menschlichen Bewegungsbelastung ( Sp) z.B. Doping durch EPO ( Sp) Mögliche Schwerpunktvorhaben: Holz als natürlicher Werkstoff Niere als Ausscheidungszentrum des Körpers Sport biologisch betrachtet Energiewende, Klimawandel, alternative Energieträger 2 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II Qualifikationsphase 1.1: Genetische und entwicklungsbiologische Grundlagen von Entwicklungsprozessen Fachinhalte Lernen im Kontext Methoden und Kompetenzen 1. Fortpflanzung und Keimesentwicklung • • Musterbildung und Gewebedifferenzierung als Prinzip der Ontogenese Fortpflanzungsmedizin z.B. Einflussnahme des Menschen auf Fortpflanzung und Entwicklung, Embryonenschutzgesetz (Pl, Re, Sw) Krebs als Fehldifferenzierung 2. Molekulare Grundlagen der Vererbung und Entwicklungssteuerung z.B. Genetischer Fingerabdruck • • • • • DNA als Träger der Erbinformation (Hershey-Chase-Experiment) Replikation (Meselson-Stahl-Experiment, Mechanismus) Proteinbiosynthese (Genetischer Code, Ablauf, Vergleich von Eukaryoten und Eukaryoten) Mutationen, Wirkungsweise von Mutagenen Regulation der Genaktivität am Beispiel der Prokaryonten (Operonmodell im Zusammenhang mit Stoffwechselaktivitäten bei Bakterien) - lac-Operon (Substratinduktion bei katabolen Operons) - trp-Operon (Endproduktexpression bei anabolen Operons) - Bakterien und Phagengenetik 2. Aspekte der Cytogenetik mit humanbiologischem Bezug • Stammbaumanalyse und Erbgänge in der humangenetischen Beratung - Meiose (Chromosomenverteilung, Rekombination, Crossing over) - Erbkrankheiten mit unterschiedlichen Erbgängen, Humangenetische Familienberatung 3. Angewandte Genetik • Werkzeuge und Verfahrensschritte der Gentechnik (Beispiel Vaterschaftstest, DNA-Isolation, PCR, Elektrophorese, Plasmidtechnik, z.B. Mukoviszidose (vom Gen zum Merkmal) Analyse von Entwicklungsphysiologischen Experimenten Sicherheitsmaßnahmen beim Umgang mit mikrobiologischen Objekten, Erstellung und Umgang mit Modellen z.B. Humangenetische Beratung im Zusammenhang mit Erbkrankheiten Mikroskopie von Zellteilungsstadien, Auswertung von Karyogrammen, Stammbaumanalysen Gentechnologische Synthese von Medikamenten (z.B. Wachstumsfaktoren, Gerin- Verfahrenstechnik: Elektrophorese 3 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II • • Sequenzanalyse...) Methoden der Bakteriengenetik (Leistungskurs) - Stempeltechnik, - Kultivierung von Bakterien Kontroverse Positionen zur Gentechnologie nungsfaktoren... z.B. Embryonenschutzgesetz (Pl, Re, Sw) PCR und Molekularbiologische Untersuchungen im Schülerlabor der RUB (Gennachweis in Zea mays) Mögliche Schwerpunktvorhaben: - Umgang mit Erbkrankheiten, z.B. Down-Syndrom, Mukoviszidose Pandemien: Neue Gefahren durch multiresistente Keime 4 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II Qualifikationsphase 1.2: Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung Fachinhalte Lernen im Kontext 1. Umweltfaktoren, ökologische Nische – Untersuchungen in einem Lebensraum (aquatisches Ökosystem = Stehende Gewässer und Aspekte des Fließgewässers) • • • • Messen und Darstellen von abiotischen Faktoren an verschiedenen Standorten (z.B. Temperatur, pH-Wert etc. im Kemnader Stausee, Vergleich mit Daten der ökologischen Station Sorpesee) Erfassung ausgewählter abiotischer Faktoren und Organismengruppen Einfache Beziehungen zwischen Organismengruppen und Habitatfaktoren Toleranzbereich, physiologisches und ökologisches Optimum Ökologische Nische z.B. Experimente mit Temperaturorgel (Struktur gibt nicht die zeitliche Reihenfolge der Behandlung der Themen wieder! Genauere Untersuchungen der aquatischen Ökosysteme erfolgen erst nach dem Themenbereich „Verflechtungen in Lebensbereichen“!) • Methoden und Kompetenzen Beispiel aquatisches Ökosystem (See + Fließgewässer) - Gliederung eines Sees, Wechsel der Jahreszeiten - Zonierung, Änderung der Lebensbedingungen: Eutrophierung - Methoden der Bestandsaufnahme von Standortfaktoren: Gewässergütebestimmung, Saprobienindex, - Vergleich natürliche Selbstreinigung - Kläranlagen Statistische Auswertung von Daten Eingriffe des Menschen in die Umwelt: z.B. Begradigung von Fließgewässern, Einleitung von Haushalts- und Industrieabwässern etc. Gewässeranalysen (Ruhr, Kemnader Stausee, SorpeTalsperre, Muttenbach, Borbach): Gewässerstrukturanalyse, Analyse biotischer und abiotischer Faktoren, Gewässergütebestimmung z.B. Massentierhaltung, sozialer Stress Auswertung von Daten zur Populationsentwicklung (z.B. Schädlingspopulationen, Inselfuchs etc.), Ableitung 2. Wechselbeziehungen, Populationsdynamik • • • Beziehungen innerhalb einer Population Beziehungen zwischen Populationen: interspezifische Konkurrenz, Räuber-/Beutebeziehungen, Parasitismus, Mutualismus Veränderung und Regulation der Populationsdichte (Volterra-Regeln) z.B. Monokulturen, Schäd- 5 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II 3. Verflechtungen in Lebensgemeinschaften • • Biomasseproduktion, Trophieebenen, Energiefluss Biogeochemischer Kreislauf am Beispiel des Stickstoffkreislaufs 4. Nachhaltige Nutzung und Erhaltung von Ökosystemen • • • Nachhaltige Bewirtschaftung Umwelt- und Naturschutz vor Ort an einem Beispiel chemischer Pflanzenschutz, Düngung (Eutrophierung), biologischer Pflanzenschutz lingsbekämpfung ökol. Gesetzmäßigkeiten z.B. Welternährung, landwirtschaftliche Produktion (z.B. Fleischproduktion in Südamerika) Erstellen von Bilanzen, Umgang mit Modellen (ökol. Pyramiden) Erkennen von Konflikten zwischen Nutzungs- und Schutzansprüchen, Abwägen von Lösungsstrategien (möglichst aktuelle Bezüge) Mögliche Schwerpunktvorhaben: - Kemnader See: Lebensraum und Freizeitbereich Der ökologische Fußabdruck 6 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II Qualifikationsphase 2.1: Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten Fachinhalte Lernen im Kontext 1. Grundlagen evolutiver Veränderung • • • • • • • • Kosten-Nutzen-Prinzip bei Konkurrenz um Ressourcen Fortpflanzungsstrategien Partnerwahl und Paarungssysteme Evolution von Signalen - Ritualisierung 3. Art und Artbildung • • Separation, Rassenbildung, Isolationsmechanismen Adaptive Radiation (Darwinfinken. Kleidervögel auf Hawaii) 4. Evolutionshinweise und Evolutionstheorie • • • • Züchtung von Haustieren, z.B. Rassehunden Simulation von Selektionsprozessen (Modellberechnungen) z.B. Revierverhalten einheimischer Singvögel Verhaltensbeobachtungen und Erstellen eines Ethogramms Genotypische Variabilität von Populationen phänotypische Variation innerhalb und zwischen Populationen Evolutionsfaktoren Mutation, Rekombination, Gendrift Selektion und Anpassungsprozesse 2. Verhalten, Fitness und Anpassung (Leistungskurs) Rezente Hinweise aus Morphologie, Anatomie, Biochemie, Physiologie Paläontologische Hinweise Systematik und phylogenetischer Stammbaum, Ableitung von Progressionsreihen Erklärungsmodelle für Evolution - Theorien von Darwin und Lamarck - Synthetische Evolutionstheorie - Kreationismus Methoden und Kompetenzen z.B. Das „egoistische Gen“ z.B. Imponierverhalten und Rituale Zooexkursion z.B. Wissenschaftsgeschichte: Darwin Fallanalyse für Evolutionsgeschehen z.B. Schöpfungsglaube und Evolutionstheorie ( Pl, Re, Sw) Ordnen und Vergleichen von biologischer Vielfalt mittels Homologiekriterien, Hypothesenbildung über Verwandtschaftsbeziehungen Datierungsmethoden Vergleich und Beurteilung der Ergebnisse unterschiedlicher 7 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II Analysebeziehungen Zusammenarbeit mit Schülerlabor (RUB): DNA-Analyse 5. Transspezifische Evolution der Primaten • fossile und rezente Hinweise zur Evolution des Menschen - Stammbaum der Primaten, Stellung des Menschen • phylogenetische Stellung der Hominiden - Entwicklungstrends in der Primatenevolution: aufrechter Gang, wenige Knochen - wichtige Vertreter unserer Vorfahren, fossile Funde, Verbreitung z.B. Entstehung von Sprache, kultureller Ausdrucksformen, Ethik und Moral (D, Ku, Mu, Pl, Re) z.B. Rassenlehre des Nationalsozialismus (Ge) Vergleichende Analyse von Primatenschädeln Erstellen eines Stammbaumes aufgrund von Einzelfunden und dessen Problematik Mögliche Schwerpunktvorhaben: - Trends in der Primatenevolution Menschen-„rassen“: Die Ausbreitung des Menschen auf der Erde 8 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II Qualifikationsphase 2.2: Steuerungs- und Regulationsmechanismen im Organismus (Neuronale Informationsverarbeitung, Sinne und Wahrnehmung Fachinhalte Lernen im Kontext Methoden und Kompetenzen 1. Molekulare und cytologische Grundlagen • Bau und Funktion des Neurons - Ruhepotenzial - Na+/Ka+-Pumpe • Erregungsentstehung und Erregungsleitung - Ionenkanäle in der Axonmembran - Entstehung des Aktionspotenzials - Kontinuierliche und saltatorische Erregungsleitung • Synaptische Verschaltung - neuromuskuläre Endplatte - zentrale Synapsen Wirkungsmechanismen von Drogen und Arzneimitteln • 2. Neuronale Verschaltung und Sinne • Reflexe, motorische Koordination - Erregende und hemmende Synapsen - Integration und Verrechnung am Beispiel Patellasehnenreflex, Flexorreflex, antagonistische Hemmung • Bau und Funktion eines Sinnesorgans. Beispiel Auge: - Optischer Apparat - Aufbau der Netzhaut - biochemische Vorgänge an Zapfen und Stäbchen • Bau und Funktion eines Sinnesorgans. Alternativbeispiel Ohr: - Bau und Funktion: äußeres Ohr, Mittelohr, Innenohr - Aufbau der Hörschnecke z.B. Synapsengifte und deren medizinische Anwendung z.B. Drogen und Sucht (Pa, Sw, Re) z.B. Sehschwächen und deren Behandlung / Korrektur (Ph) Modellexperimente zum Diffusionspotenzial Verfahrenstechnik: Ableitung von Membranpotenzialen Selbstversuche zu Reflexen Physiologische Experimente zur Verarbeitung optischer / akustischer Reize 9 Schulcurriculum Biologie Sekundarstufe II - biochemische Vorgänge an den Haarzellen • Verarbeitung von Sinnesreizen im Nervensystem - Beispiel „Sehbahn“ - Laterale Hemmung, Renshaw-Hemmung 3. Wahrnehmung, Gedächtnis, Bewusstsein • • • • Bau des ZNS Funktion der Gehirnbereiche - Funktionale Differenzierung - Motorische und sensorische Zentren - linke und rechte Hemisphäre Wahrnehmung und Bewusstsein Gedächtnis und Lernen z.B. Optische Täuschungen: Phänomen und Physiologische Ursachen (Ph, Ku) Selbstversuche zum Lernen; z.B. Lernen unter Stress z.B. Lärm, Klang, Musik: Eigenschaften akustischer Informationen (Ph, Mu) z.B. Lernstrategien (Beispiel „mind-map“ zur Aktivierung beider Hemisphären) (Pa) Mögliche Schwerpunktvorhaben: - Denken, Lernen und Vergessen Neuromarketing: Strategien der Werbung 10
